2018年11月16日，在第26届国际度量衡大会中，60个成员国代表投票通过了对一个重要的基本单位——千克的重新定义。在新的定义中，1千克等于普朗克常数乘以6.62607015×10+34 m-2 s。在那之后，科学家又将目光投向了时间的基本单位——秒。
在一项于近期发表在《自然》杂志上的研究中，美国国家标准技术研究所（NIST）的一个研究小组通过对三个原子钟采用一种新的测量方法，朝着这个目标迈出了重要一步。
自古以来，许多不同的文化都发展出了各自计量时间的方法和设备。一个突破发生在17世纪，当时，荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯建造了第一台摆钟。到了18世纪，英国钟表师约翰·哈里森在惠更斯的想法的基础上，进一步地对计时仪器做出了改进。现在，许多钟表采用一块小小的石英晶体来作为振荡器，它的形状就像一个微型的音叉，振动频率非常高，因此稳定性能非常好。
1967年，科学家通过铯-133原子在微波频率下的跳动，重新定义了时间的基本单位——秒。自那之后，1秒就被定义为铯原子的电子自旋翻转9192631770次的持续时间。这一定义一直沿用至今。在这篇于3月24日正式发表的研究中，NIST的研究人员描述了一种非常具有挑战性的测量方法。在实验中，他们使用了三种分别基于铝离子（Al⁺）、镱原子（Yb）、锶原子（Sr）的光学原子钟。
他们将铝离子钟和镱原子钟置于NIST的不同实验室里，将锶原子钟置于离NIST约1.5千米之外的JILA中。NIST的研究人员精确地比较了来自三个光学原子钟的信号，其中两个原子钟位于NIST的不同实验室，还有一个位于1.5公里外的JILA。
实验中的光学原子钟不仅可以通过地下光纤连接起来，研究人员还利用一种超快激光器建立了一个长1.5千米的自由空间链路。这是首次利用空中链接将处于不同位置的最先进原子钟连接起来的尝试。在实验中，他们测量了一个被称为频率比的量。现在，研究人员以不确定性小于8×10⁻¹⁸的精度测量了三对（镱-锶，镱-铝，铝-锶）原子钟的频率比。
为什么科学家希望能够更精确的定义秒？其实，无论是对于实际应用还是基础研究，更精确的原子钟都将带来无可估量的益处。除了我们前面提到的GPS技术之外，它还可以被作为探索新物理学的灵敏探测器，比如探测被认为构成了宇宙中大部分物质的“暗物质”，以及发生在遥远太空中的由更小的天体并合所产生的极微弱的引力波；此外，更精确的时钟还可以帮助我们更好地了解到地壳应力的变化，从而更好地预测如火山爆发等自然事件。